WO2011154646A1 - Method and machine for inspecting and/or sorting multiple channels - Google Patents

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WO2011154646A1
WO2011154646A1 PCT/FR2011/051273 FR2011051273W WO2011154646A1 WO 2011154646 A1 WO2011154646 A1 WO 2011154646A1 FR 2011051273 W FR2011051273 W FR 2011051273W WO 2011154646 A1 WO2011154646 A1 WO 2011154646A1
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PCT/FR2011/051273
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Nicolas Masse
Antoine Bourely
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Pellenc Selective Technologies (Societe Anonyme)
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    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34—Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract

The present invention relates to a method for automatically inspecting and/or sorting in order to analyze and/or distinguish, within a flux, objects belonging to at least two separate categories on the basis of the chemical composition. The method involves providing a substantially single-layer flow of randomly arranged objects passing over a predetermined width; projecting a laser flux that is shaped within an analysis area having the objects passing therethrough; collecting and shaping the detection signals corresponding to the responses output by each object affected by the laser flux; processing and assessing the collected and shaped detection signals, synchronized with the projection of the laser flux, by means of an adapted analysis device that makes it possible to distinguish between the objects. Said method is characterized in that it also involves: dividing the original incident laser flux (3) into a plurality of collimated or focused secondary beams (3') and simultaneously applying the latter at points spaced apart and distributed within the analysis area (4); and simultaneously collecting, in parallel, the detection signals generated by each secondary beam (3') on contact with an object, item, or piece (1) within the analysis area.

Description

Procédé et machine d'inspection et/ou de tri à canaux multiples  Method and machine for multi-channel inspection and / or sorting
La présente invention concerne le domaine de l'inspection ou de l'identification automatique d'éléments, d'objets et/ou d'articles, notamment en flux défilant continu, en vue de leur tri ou d'une opération de discrimination analogue. The present invention relates to the field of the inspection or the automatic identification of elements, objects and / or articles, especially in continuous moving stream, for sorting or a similar discrimination operation.
L'invention concerne plus particulièrement le traitement en grand nombre d'éléments, objets et articles de dimension centimétrique, notamment de pièces réalisées en des matières synthétiques ou plastiques de couleur noire ou foncée.  The invention relates more particularly to the treatment in large numbers of elements, objects and items of centimeter dimension, including parts made of synthetic or plastic materials of black or dark color.
Elle a pour objet un procédé et une machine d'inspection et/ou de tri automatique pour analyser et/ou discriminer des objets, articles ou morceaux de ces derniers défilant en flux et appartenant à au moins deux catégories différentes.  It relates to a method and an inspection machine and / or automatic sorting for analyzing and / or discriminating objects, articles or pieces of the latter scrolling in flow and belonging to at least two different categories.
Actuellement, la quantité de pièces en des matériaux polymériques noirs ou foncés est en augmentation rapide, du fait de leur utilisation de plus en plus répandue dans les produits de grande consommation.  Currently, the amount of parts made of black or dark polymeric materials is increasing rapidly, due to their increasing use in consumer products.
Ainsi, une grande partie de ces polymères noirs proviennent de DEEE (Déchets d'Equipements Electriques et Electroniques) et/ou de VHU (Véhicules Hors d'Usage). Ces masses polymères contiennent beaucoup de plastiques « techniques » susceptibles de contenir en plus de leur matrice polymère un ou plusieurs des éléments suivants : Si, Ca, Pb, Hg, Cd, Cr, Cl, Br, Sb, Mg ou P...  Thus, a large part of these black polymers come from WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) and / or VHU (End of Life Vehicles). These polymer masses contain many "technical" plastics that may contain in addition to their polymer matrix one or more of the following elements: Si, Ca, Pb, Hg, Cd, Cr, Cl, Br, Sb, Mg or P ...
Certaines de ces charges proviennent de produits qui sont aujourd'hui interdits, (comme le plomb avec la directive OHS), d'autres dégageant des substances nocives lors de leur combustion (Cl, Br...). Il existe également des produits rares et donc potentiellement à forte valeur ajoutée, comme Sb ou P.  Some of these charges come from products that are now banned (like lead with the OHS directive), others releasing harmful substances during their combustion (Cl, Br ...). There are also rare and therefore potentially high value products such as Sb or P.
Il y a donc un intérêt à inspecter ou trier ces plastiques noirs, potentiellement chargés, notamment lorsqu'ils correspondent à des flux de DEEE/VHU se présentant sous la forme d'objets de 2 à 20 mm de haut, de granulométrie minimum de 10 mm et de granulométrie moyenne de 15 mm.  There is therefore an interest in inspecting or sorting these black plastics, potentially charged, especially when they correspond to WEEE / VHU flows in the form of objects 2 to 20 mm high, with a minimum particle size of 10. mm and average particle size of 15 mm.
On connaît par ailleurs la technique de détection et d'analyse dénommée LIBS, à savoir la spectroscopie de plasma induite par laser, qui est une technique de détection permettant l'analyse à distance de substances solides, liquides ou gazeuses selon leur composition atomique. Also known is the detection and analysis technique called LIBS, namely laser-induced plasma spectroscopy, which is a detection technique allowing the remote analysis of solid, liquid or gaseous substances according to their atomic composition.
Dans cette technique, l'application d'une impulsion laser ablate une petite quantité de matière à la surface d'un objet. Cette matière est transformée en plasma. Lorsque ce plasma se refroidit, les électrons transmettent leur énergie en générant des photons. L'énergie de ces photons est spécifique des atomes ablatés. Le spectre d'émission du plasma est donc caractéristique des atomes constituants de l'objet analysé. La technique LIBS est donc une technique adaptée pour l'inspection et/ou le tri en ligne.  In this technique, the application of a laser pulse ablates a small amount of material on the surface of an object. This material is transformed into plasma. When this plasma cools, the electrons transmit their energy by generating photons. The energy of these photons is specific to ablated atoms. The emission spectrum of the plasma is therefore characteristic of the constituent atoms of the analyzed object. The LIBS technique is therefore a suitable technique for online inspection and / or sorting.
La technique LIBS est sensible aux atomes légers composant la matière organique, tels que l'hydrogène, le carbone, l'azote et l'oxygène et est donc susceptible de permettre l'inspection ou le tri des plastiques, y- compris noirs, selon le type de polymère.  The LIBS technique is sensitive to the light atoms composing the organic matter, such as hydrogen, carbon, nitrogen and oxygen and is therefore likely to allow the inspection or sorting of plastics, including black, according to the type of polymer.
Ceci est impossible par toutes les technologies utilisées actuellement pour l'analyse en ligne. En effet, la spectroscopie visible ou infrarouge est aveugle sur les produits noirs et la transmission ou la fluorescence X est insensible aux atomes légers composant la matière organique.  This is impossible with all the technologies currently used for online analysis. Indeed, visible or infrared spectroscopy is blind on black products and transmission or X-ray fluorescence is insensitive to light atoms composing organic matter.
Pour distinguer les différents polymères en technique LIBS, il est par exemple possible d'utiliser les rapports d'intensités de raies C/H, O/H etc. car tous les polymères possèdent différentes concentrations de C, H, et éventuellement O et N (J. Anzano et al. Polymer Testing, 27, (2008), p. 705-710).  To distinguish the different polymers in LIBS technique, it is for example possible to use the C / H, O / H line intensity ratios, etc. since all polymers have different concentrations of C, H, and optionally O and N (Anzano, J. et al., Polymer Testing, 27, (2008), pp. 705-710).
Un certain nombre d'applications de tri connus mettent déjà en œuvre la technique LIBS.  A number of known sorting applications are already implementing the LIBS technique.
Ainsi, par le document US 2003/0132142, on connaît un appareil réalisant le tri de ferrailles. Cet appareil est équipé de plusieurs têtes de lecture, nécessitant chacune un scanner bidimensionnel et une lentille à champ plat. La détection suit un mode opératoire séquentiel cadencé par les impulsions laser successives appliquées aux éléments défilants. Cet appareil ne permet donc d'analyser qu'un seul objet à la fois.  Thus, document US 2003/0132142 discloses an apparatus for sorting scrap. This unit is equipped with several read heads, each requiring a two-dimensional scanner and a flat-field lens. The detection follows a sequential operating mode clocked by the successive laser pulses applied to the moving elements. This device can only analyze one object at a time.
Des machines de tri d'alliages d'aluminium ou de tri de calcaire et dolomite ont été proposées qui mettent en œuvre des systèmes pilotés de mise au point. Dans ces machines connues, qui ne traitent qu'un objet à la fois, un scanner tridimensionnel réalise un balayage en X et Y avec une focalisation variable en Z avec une lentille mobile, sur la base des informations de position et d'épaisseur des objets fournies par un profilomètre. Machines for sorting aluminum alloys or for sorting limestone and dolomite have been proposed that implement controlled debugging systems. In these known machines, which process only one object at a time, a three-dimensional scanner performs an X and Y scan with a variable Z-focus with a moving lens, based on position and thickness information of objects provided by a profilometer.
Les documents DE 40 04 627 et EP 0 549 902 divulguent des applications de la technique LIBS à la discrimination de matériaux non métalliques, en particulier plastiques.  Documents DE 40 04 627 and EP 0 549 902 disclose applications of the LIBS technique to the discrimination of non-metallic materials, in particular plastics.
Les procédés et appareils évoqués dans ces deux documents ne mettent en œuvre qu'un unique faisceau laser puisé, appliqué successivement en des zones distinctes par déviation pilotée du faisceau, le cas échéant avec des résolutions variables et avec limitation de l'analyse aux substances présentes à l'état de traces.  The methods and apparatuses mentioned in these two documents implement only a single pulsed laser beam, successively applied in distinct zones by controlled beam deflection, where appropriate with variable resolutions and with limitation of the analysis to the substances present. in the form of traces.
Toutefois, toutes les applications connues utilisant la technique LIBS présentent au moins un inconvénient commun, à savoir leur performance quantitative limitée, puisqu'elles ne permettent au mieux de ne traiter de manière fiable que quelques dizaines d'objets par seconde et sont donc totalement inadaptées pour l'inspection ou le tri de grandes quantités d'objets de faible valeur et de relativement faible taille.  However, all the known applications using the LIBS technique have at least one common drawback, namely their limited quantitative performance, since they do not allow at best to process reliably only a few tens of objects per second and are therefore totally unsuitable for the inspection or sorting of large quantities of objects of low value and relatively small size.
En effet, les machines à technique LIBS connues sont lentes car elles contiennent des composants mobiles, dont la vitesse est limitée. Aussi, ces machines LIBS ne peuvent être rentables que sur des flux denses et/ou de forte valeur (ferrailles, minerais...).  Indeed, known LIBS machines are slow because they contain moving components, whose speed is limited. Also, these LIBS machines can only be profitable on dense flows and / or high value (scrap, minerals ...).
L'analyse des limitations des cadences de ces machines par les inventeurs a permis de conclure que :  The analysis of the limitations of the rates of these machines by the inventors led to the conclusion that:
- La meilleure solution pour l'analyse à haute cadence d'objets solides est l'utilisation d'un convoyeur plan pour l'amenée d'objets répartis aléatoirement sur la surface du convoyeur.  The best solution for the high speed analysis of solid objects is the use of a planar conveyor for feeding randomly distributed objects onto the surface of the conveyor.
- Afin de focaliser le laser sur ces objets disposés aléatoirement, ces machines utilisent un système de caméra et de scanners 2 ou 3D pour repérer les objets, puis focaliser le laser sur les objets. Ces scanners peuvent éventuellement suivre l'objet pour effectuer plusieurs analyses LIBS sur un même objet. Ce sont les temps de déplacement de ces scanners (en particulier la lentille de focalisation) qui limitent la cadence d'analyse de la machine à quelques dizaines de Hertz.  - In order to focus the laser on these randomly arranged objects, these machines use a camera system and 2 or 3D scanners to locate the objects, then focus the laser on the objects. These scanners can optionally follow the object to perform multiple LIBS analyzes on the same object. It is the travel times of these scanners (especially the focusing lens) which limit the rate of analysis of the machine to a few tens of Hertz.
Un autre problème inhérent aux machines à technique LIBS actuelles est qu'elles ne peuvent analyser qu'un seul objet à la fois. Si une machine permet 30 mesures par seconde et si plus de 30 objets arrivent en une seconde, alors certains de ces objets ne peuvent pas être analysés. Leur efficacité et leur débit sont donc limités par les temps de déplacement des scanners. Another problem with current LIBS machines is that they can scan only one object at a time. If a machine allows 30 measurements per second and more than 30 objects arrive in one second, then some of these objects can not be scanned. Their efficiency and their speed are therefore limited by the scanning times of the scanners.
La présente invention a notamment pour but de surmonter les limitations précitées, en particulier celles liées aux performances, et de proposer une solution efficace et rentable pour l'inspection ou le tri automatique en ligne à haute cadence d'objets légers et/ou de faibles valeurs, et également susceptible d'améliorer les performances pour les objets lourds ou de fortes valeurs.  The present invention is intended in particular to overcome the above-mentioned limitations, in particular those related to performance, and to propose an efficient and cost-effective solution for the automatic inspection or automatic sorting at high speed of light and / or weak objects. values, and also likely to improve performance for heavy objects or high values.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'inspection et/ou de tri automatique pour analyser et/ou discriminer, dans un flux, des objets, articles ou morceaux de ces derniers appartenant à au moins deux catégories différentes en fonction de la composition chimique ou de la présence ou non d'un composé chimique déterminé dans au moins une couche de surface de ces objets, articles ou morceaux de ces derniers, le procédé consistant :  To this end, the subject of the invention is an automatic inspection and / or sorting method for analyzing and / or discriminating, in a stream, objects, articles or pieces thereof belonging to at least two different categories depending on the chemical composition or the presence or absence of a specific chemical compound in at least one surface layer of such articles, articles or pieces thereof, the process comprising:
à fournir un flux sensiblement monocouche d'objets, articles ou morceaux de ces derniers défilant avec une disposition aléatoire et sur une largeur déterminée par l'intermédiaire d'un dispositif d'alimentation ;  providing a substantially monolayer flow of articles, articles, or pieces thereof scrolling with a random arrangement and over a predetermined width by means of a feeding device;
à projeter un flux laser mis en forme dans une zone d'analyse traversée par les objets, articles ou morceaux de ces derniers au moyen d'un dispositif d'émission adapté ;  projecting a shaped laser flux into an analysis zone traversed by the objects, articles or pieces thereof by means of a suitable transmission device;
à recueillir et à mettre en forme les signaux de détection correspondant aux réponses émises par chacun des objets, articles ou morceaux de ces derniers impactés par le flux laser, ce par l'intermédiaire d'un dispositif de collection à une ou plusieurs entrées ;  collecting and formatting the detection signals corresponding to the responses emitted by each of the objects, articles or pieces thereof impacted by the laser flow, by means of a collection device with one or more inputs;
à traiter et à évaluer les signaux de détection collectés et mis en forme, en synchronisation avec la projection du flux laser, au moyen d'un dispositif adapté d'analyse autorisant une discrimination des objets, articles ou morceaux de ces derniers en fonction de leur composition chimique ou de la composition chimique d'une couche de surface au moins de ces derniers,  processing and evaluating the collected and shaped detection signals, in synchronization with the projection of the laser flux, by means of a suitable analysis device allowing discrimination of the objects, articles or pieces thereof according to their chemical composition or chemical composition of at least one surface layer thereof,
procédé caractérisé en ce qu'il consiste en outre :  characterized in that it further comprises:
à diviser le flux laser incident originel en plusieurs faisceaux secondaires collimatés ou focalisés et à appliquer ces derniers simultanément en des points espacés répartis dans la zone d'analyse, ce par l'intermédiaire de moyens optiques adaptés faisant partie du dispositif d'émission, et, à collecter simultanément et en parallèle les signaux de détection générés par chacun des faisceaux secondaires au contact d'un élément, objet ou article dans la zone d'analyse. dividing the original incident laser flux into a plurality of collimated or focussed secondary beams and simultaneously applying them at spaced apart points distributed in the analysis zone, by means of suitable optical means forming part of the emission device, and , simultaneously and in parallel collecting the detection signals generated by each of the secondary beams in contact with an element, object or article in the analysis zone.
La disposition aléatoire des objets, articles ou morceaux peut se présenter, par exemple, sous la forme d'une répartition aléatoire sur toute la surface du support de défilement ou d'une répartition aléatoire le long de bandes ou de lignes de ce support sur lesquelles ces objets, articles ou morceaux auront été préalablement canalisés (répartition aléatoire mono- ou bidimensionnelle) .  The random arrangement of the objects, articles or pieces can be, for example, in the form of a random distribution over the entire surface of the scroll medium or a random distribution along bands or lines of this medium on which these objects, articles or pieces will have been previously channeled (random distribution mono- or two-dimensional).
L'invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques supplémentaires suivantes ou se décliner selon une ou plusieurs des variantes suivantes, à savoir :  The invention may further have one or more of the following additional features or may be broken down into one or more of the following variants, namely:
- le procédé consiste à produire par division du flux laser initial un grand nombre, préférentiellement au moins vingt, de faisceaux secondaires, à appliquer les faisceaux laser dans la zone d'analyse avec une orientation fixe et à régler leur espacement mutuel de telle manière que la distance séparant deux faisceaux voisins est inférieure ou égale à la taille minimale des objets, articles ou morceaux de ces derniers à analyser, préférentiellement à la dimension apparente minimale des plus petits objets, articles ou morceaux de ces derniers à analyser,  the method consists in producing, by division of the initial laser flux, a large number, preferably at least twenty, of secondary beams, in applying the laser beams in the analysis zone with a fixed orientation and adjusting their mutual spacing in such a way that the distance separating two adjacent beams is less than or equal to the minimum size of the objects, articles or pieces thereof to be analyzed, preferably to the minimum apparent dimension of the smallest objects, articles or pieces thereof to be analyzed,
- le procédé consiste à produire par division du flux laser initial un nombre limité, préférentiellement entre 2 et 10, de faisceaux secondaires et à piloter le dispositif d'émission, sur la base d'informations préalables de positions et éventuellement de hauteurs des objets, articles ou morceaux de ces derniers présents sur le dispositif d'alimentation, ce pour commander dynamiquement et indépendamment chaque faisceau laser en termes d'orientation et éventuellement de focalisation dans la zone d'analyse,  the method consists in producing, by division of the initial laser flux, a limited number, preferentially between 2 and 10, of secondary beams and in controlling the emission device, on the basis of prior information of positions and possibly of heights of the objects, articles or pieces thereof present on the supply device, for dynamically and independently controlling each laser beam in terms of orientation and possibly focusing in the analysis zone,
- le procédé consiste à commander les entrées du dispositif de collection, notamment leur position et/ou leur orientation, de manière dynamique et mutuellement indépendante, en fonction des informations de position et éventuellement de hauteur acquises préalablement, pour recueillir au moins partiellement les signaux de détection générés par les faisceaux laser pilotés au niveau des objets, articles ou morceaux de ces derniers impactés, une entrée du dispositif de collection étant associée à chaque faisceau laser secondaire et formant avec ce dernier un canal d'analyse balayant une région fractionnaire de la zone d'analyse, - le procédé consiste à recueillir simultanément, directement ou non, les informations spatiales et spectrales de chacun des points d'impact laser de la zone d'analyse par l'intermédiaire d'un dispositif d'acquisition adapté, préférentiellement unique, faisant partie du dispositif de collection, the method consists in controlling the inputs of the collection device, in particular their position and / or their orientation, dynamically and mutually independently, as a function of the previously acquired position and height information, in order to at least partially collect the signals of the collection device. detection generated by the laser beams driven at the objects, articles or pieces thereof impacted, an input of the collection device being associated with each secondary laser beam and forming therewith an analysis channel scanning a fractional region of the area analysis, the method consists in simultaneously collecting, directly or not, the spatial and spectral information of each of the laser impact points of the analysis zone via a suitable, preferably unique, acquisition device forming part of the collection device,
- les signaux de détection recueillis par les entrées du dispositif de collection sont transportés par des conducteurs optiques adaptés, associés chacun à un point d'impact laser, tels que par exemple des fibres optiques, pour être amenés vers et être traités par le dispositif d'analyse ou être imagés par un dispositif d'acquisition spatiale et spectrale,  the detection signals collected by the inputs of the collection device are transported by suitable optical conductors, each associated with a laser point of impact, such as, for example, optical fibers, to be fed to and be processed by the device analysis or be imaged by a spatial and spectral acquisition device,
- les faisceaux lasers secondaires sont appliqués de manière focalisée sur les faces inférieures des objets, articles ou morceaux de ces derniers, par exemple alors que ces derniers sont en chute libre,  the secondary laser beams are applied in a focused manner to the lower faces of objects, articles or pieces thereof, for example while the latter are in free fall,
- le flux laser originel est un flux puisé, avec une fréquence de pulsation adaptée à la vitesse de défilement et/ou à la taille minimale des objets, articles ou morceaux de ces derniers à analyser et en ce que la puissance de chacun des faisceaux lasers secondaires, obtenus par exemple par division dichotomique du flux originel, est suffisante pour réaliser une ablation de matière avec génération de plasma au niveau du point d'impact du faisceau laser considéré sur un élément, objet ou article.  the original laser flux is a pulsed flux, with a pulsation frequency adapted to the scrolling speed and / or the minimum size of the objects, articles or pieces thereof to be analyzed and in that the power of each of the laser beams secondary, obtained for example by dichotomous division of the original flow, is sufficient to achieve ablation of material with plasma generation at the point of impact of the laser beam considered on an element, object or article.
L'invention concerne également une machine d'inspection et/ou de tri automatique pour analyser et/ou discriminer, dans un flux, des objets, articles ou morceaux de ces derniers appartenant à au moins deux catégories différentes en fonction de la composition chimique ou de la présence ou non d'un composé chimique déterminé dans au moins une couche de surface de ces objets, articles ou morceaux de ces derniers, cette machine comprenant :  The invention also relates to an automatic inspection and / or sorting machine for analyzing and / or discriminating, in a flow, objects, articles or pieces thereof belonging to at least two different categories depending on the chemical composition or the presence or absence of a specific chemical compound in at least one surface layer of these objects, articles or pieces thereof, the machine comprising:
un dispositif d'alimentation apte à fournir un flux sensiblement monocouche d'objets, articles ou morceaux de ces derniers défilant avec une disposition aléatoire et sur une largeur déterminée ;  a feeding device adapted to provide a substantially monolayer flow of objects, articles or pieces thereof scrolling with a random arrangement and a given width;
un dispositif d'émission laser apte à projeter un flux laser mis en forme dans une zone d'analyse traversée par les objets, articles ou morceaux de ces derniers ;  a laser emission device adapted to project a shaped laser flux into an analysis zone traversed by the objects, articles or pieces thereof;
un dispositif de collection à une ou plusieurs entrées apte à recueillir et à mettre en forme les signaux de détection correspondant aux réponses émises par chacun des objets, articles ou morceaux de ces derniers impactés par le flux laser ; un dispositif d'analyse apte à traiter et à évaluer les signaux de détection collectés et mis en forme, en synchronisation avec la projection du flux laser, ce dispositif d'analyse permettant une discrimination des objets, articles ou morceaux de ces derniers en fonction de leur composition chimique ou de la composition chimique d'une couche de surface au moins de ces derniers, a collection device with one or more inputs capable of collecting and formatting the detection signals corresponding to the responses emitted by each of the objects, articles or pieces thereof impacted by the laser flux; an analysis device adapted to process and evaluate the collected and shaped detection signals, in synchronization with the projection of the laser flux, this analysis device allowing a discrimination of the objects, articles or pieces of the latter as a function of their chemical composition or the chemical composition of at least one surface layer thereof,
machine caractérisée en ce qu'elle comprend en outre :  characterized in that it further comprises:
des moyens optiques faisant partie du dispositif d'émission et aptes à diviser le flux laser incident originel en plusieurs faisceaux secondaires collimatés ou focalisés et à appliquer ces derniers simultanément en des points espacés répartis dans la zone d'analyse, et, des moyens optiques faisant partie du dispositif de collection et aptes à collecter simultanément et en parallèle les signaux de détection générés par chacun des faisceaux secondaires au contact d'un objet, article ou morceau dans la zone de détection.  optical means forming part of the transmitting device and capable of dividing the original incident laser flux into several collimated or focused secondary beams and of simultaneously applying them at spaced points distributed in the analysis zone, and optical means making part of the collection device and able to collect simultaneously and in parallel the detection signals generated by each of the secondary beams in contact with an object, article or piece in the detection zone.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :  The invention will be better understood, thanks to the following description, which relates to preferred embodiments, given by way of non-limiting examples, and explained with reference to the attached schematic drawings, in which:
les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques de deux modes de réalisation d'une machine d'inspection ou de tri selon l'invention ;  Figures 1 and 2 are schematic representations of two embodiments of an inspection or sorting machine according to the invention;
la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif d'émission faisant partie d'une machine représentée figure 1 ou 2, selon une variante de réalisation de l'invention,  FIG. 3 is a schematic representation of a transmission device forming part of a machine represented in FIG. 1 or 2, according to an alternative embodiment of the invention,
les figures 4 et 5 sont des vues schématiques partielles représentant les moyens optiques des dispositifs d'émission et de collections, pour une voie d'analyse, selon deux variantes de réalisation de l'invention ;  FIGS. 4 and 5 are partial schematic views showing the optical means of the transmission and collection devices, for an analysis channel, according to two variant embodiments of the invention;
la figure 6 est une représentation schématique d'une variante de réalisation de la machine représentée figure 1 ;  Figure 6 is a schematic representation of an alternative embodiment of the machine shown in Figure 1;
les figures 7 et 8 illustrent deux variantes de réalisation des dispositifs d'émission et de collection faisant partie des machines représentées figures 1 , 2 et 6 ;  FIGS. 7 and 8 illustrate two variants of transmission and collection devices forming part of the machines represented in FIGS. 1, 2 and 6;
la figure 9 est une vue de détail d'une variante constructive des machines représentées figures 1 et 6, et,  FIG. 9 is a detailed view of a constructive variant of the machines represented in FIGS. 1 and 6, and
la figure 10 illustre une troisième variante de réalisation des dispositifs d'émission et de collection faisant partie des machines représentées figures 1, 2 et 6, intégrant les moyens optiques représentés figure 5 et associés à un mode de convoyage spécifique. FIG. 10 illustrates a third variant embodiment of the transmission and collection devices forming part of the machines. represented in FIGS. 1, 2 and 6, integrating the optical means represented in FIG. 5 and associated with a specific conveying mode.
Les figures 1 , 2 et 6 notamment montrent schématiquement une machine 10 d'inspection et/ou de tri automatique pour analyser et/ou discriminer, dans un flux, des objets, articles ou morceaux de ces derniers 1 appartenant à au moins deux catégories différentes en fonction de la composition chimique ou de la présence ou non d'un composé chimique déterminé dans au moins une couche de surface de ces objets, articles ou morceaux de ces derniers 1.  FIGS. 1, 2 and 6 in particular show schematically an inspection and / or automatic sorting machine 10 for analyzing and / or discriminating, in a flow, objects, articles or pieces thereof 1 belonging to at least two different categories as a function of the chemical composition or the presence or absence of a specific chemical compound in at least one surface layer of such articles, articles or pieces thereof 1.
Cette machine comprend notamment :  This machine includes:
un dispositif d'alimentation 2 apte à fournir un flux sensiblement monocouche d'objets, articles ou morceaux de ces derniers 1 défilant avec une disposition aléatoire et sur une largeur déterminée ;  a feed device 2 adapted to provide a substantially monolayer flow of objects, articles or pieces thereof 1 moving with a random arrangement and a given width;
un dispositif d'émission 5 laser apte à projeter un flux laser 3 mis en forme dans une zone d'analyse 4 traversée par les objets, articles ou morceaux de ces derniers 1 ;  a laser emission device capable of projecting a shaped laser flux 3 into an analysis zone 4 traversed by the objects, articles or pieces thereof 1;
un dispositif de collection 6 à une ou plusieurs entrées 6' apte à recueillir et à mettre en forme les signaux de détection correspondant aux réponses émises par chacun des objets, articles ou morceaux de ces derniers 1 impactés par le flux laser ;  a collection device 6 with one or more inputs 6 'able to collect and shape the detection signals corresponding to the responses emitted by each of the objects, articles or pieces of the latter 1 impacted by the laser flux;
un dispositif d'analyse 7 apte à traiter et à évaluer les signaux de détection collectés et mis en forme, en synchronisation avec la projection du flux laser, ce dispositif d'analyse 7 permettant une discrimination des objets, articles ou morceaux de ces derniers 1 en fonction de leur composition chimique ou de la composition chimique d'une couche de surface au moins de ces derniers.  an analysis device 7 able to process and evaluate the collected and shaped detection signals, in synchronization with the projection of the laser flux, this analysis device 7 allowing discrimination of objects, articles or pieces thereof 1 according to their chemical composition or the chemical composition of at least one surface layer thereof.
Conformément à l'invention, cette machine 10 comprend en outre :  According to the invention, this machine 10 further comprises:
des moyens optiques 5' faisant partie du dispositif d'émission 5 et aptes à diviser le flux laser incident originel 3 en plusieurs faisceaux secondaires 3' collimatés ou focalisés et à appliquer ces derniers simultanément en des points espacés 4' répartis dans la zone d'analyse 4, et, des moyens optiques 6" faisant partie du dispositif de collection 6 et aptes à collecter simultanément et en parallèle les signaux de détection générés par chacun des faisceaux secondaires 3' au contact d'un objet, article ou morceau 1 dans la zone de détection 4. Ainsi, le procédé et la machine 10 selon l'invention permettent de réaliser l'analyse simultanée de plusieurs objets, articles ou morceaux de ces derniers 1 défilant en flux continu, lorsque ces derniers se présentent dans la zone d'analyse 4. On peut ainsi réaliser une inspection ou un tri en ligne à haute cadence, de manière simple, efficace, fiable et rentable. optical means 5 'forming part of the transmission device 5 and capable of dividing the original incident laser flux 3 into several collimated or focused secondary beams 3' and of simultaneously applying them at spaced points 4 'distributed in the area of analysis 4, and optical means 6 "forming part of the collection device 6 and able to collect simultaneously and in parallel the detection signals generated by each of the secondary beams 3 'in contact with an object, article or piece 1 in the detection area 4. Thus, the method and the machine 10 according to the invention make it possible to perform the simultaneous analysis of several objects, articles or pieces of the latter 1 moving in a continuous flow, when they are presented in the analysis zone 4. It can to perform a high-speed online inspection or sorting in a simple, efficient, reliable and cost-effective manner.
De manière préférée, et pour faciliter et améliorer la mise en œuvre du procédé selon l'invention, les dispositifs d'émission 5 et de collection 6 sont configurés et réglés de telle manière que les plans d'émission et de détection de chaque faisceau secondaire 3' sont sensiblement confondus au niveau de la zone d'analyse 4, le dispositif d'émission 5 comprenant éventuellement un expanseur de faisceau 1 1.  In a preferred manner, and to facilitate and improve the implementation of the method according to the invention, the transmission devices 5 and collection devices 6 are configured and adjusted so that the transmission and detection planes of each secondary beam 3 'are substantially merged at the level of the analysis zone 4, the emission device 5 optionally comprising a beam expander 1 1.
Selon une première variante de réalisation, ressortant notamment de la figure 3, le dispositif d'émission 5 comporte des moyens optiques 5' statiques pour la génération et l'application de faisceaux secondaires 3', consistant en un arrangement de lames séparatrices 12, par exemple à action dichotomique (c'est-à-dire divisant le flux incident en deux parties égales), associées à des lentilles de focalisation 12' et éventuellement à des miroirs fixes 12" d'orientation des faisceaux secondaires 3'.  According to a first embodiment, particularly in FIG. 3, the transmission device 5 comprises static optical means 5 'for the generation and application of secondary beams 3', consisting of an arrangement of separating plates 12, by example with a dichotomous action (that is to say dividing the incident flux into two equal parts), associated with focusing lenses 12 'and possibly with fixed mirrors 12 "of orientation of the secondary beams 3'.
En relation avec une construction modulaire en canaux d'analyse parallèles de la machine 1 selon l'invention, il peut être prévu, comme l'illustrent par exemple les figures 4 et 5 des dessins annexés, que les moyens optiques 5', 6" des dispositifs d'émission 5 ou de collection 6 forment un arrangement confocal multiple, à chaque lentille de focalisation 12' d'un faisceau laser secondaire 3' étant associé un élément séparateur tel qu'un miroir dichroïque 13 ou un miroir parabolique hors d'axe percé 13', déviant le signal de détection émis par l'élément, l'objet ou l'article 1 impacté par le faisceau laser secondaire 3' considéré vers l'entrée ou une entrée correspondante 6' du dispositif de collection 6.  In connection with a modular construction in parallel analysis channels of the machine 1 according to the invention, it can be provided, as illustrated for example in Figures 4 and 5 of the accompanying drawings, that the optical means 5 ', 6 " emission or collection devices 6 form a multiple confocal arrangement, with each focusing lens 12 'of a secondary laser beam 3' being associated with a separating element such as a dichroic mirror 13 or a parabolic mirror out of pierced axis 13 ', deviating the detection signal emitted by the element, the object or the article 1 impacted by the secondary laser beam 3' considered towards the input or a corresponding input 6 'of the collection device 6.
Conformément à une seconde variante de réalisation de l'invention, et comme le montrent par exemple les figures 6 à 8 des dessins annexés, il peut être prévu que la machine 10 comprenne un moyen optoélectronique de repérage 14, et éventuellement de détermination des hauteurs, des objets, articles ou morceaux de ces derniers 1 à analyser, situé en amont de la zone d'analyse 4 dans la direction d'écoulement du flux sensiblement monocouche et que les moyens optiques 5' de génération et d'application des faisceaux lasers secondaires 3' dans la zone d'analyse 4, par exemple sous forme d'un arrangement de couples [lentille 12'/miroir 12"], sont commandés avec possibilité d'orientation et/ou d'inclinaison variable pour chaque faisceau laser secondaire 3', de même qu'un ajustement de sa focalisation, ce de manière indépendante et en fonction des informations de position et éventuellement de hauteur fournis par le moyen optoélectronique précité 14. According to a second variant embodiment of the invention, and as shown for example in FIGS. 6 to 8 of the accompanying drawings, it can be provided that the machine 10 comprises an optoelectronic locating means 14, and possibly determining heights, objects, articles or pieces thereof 1 to be analyzed, located upstream of the analysis zone 4 in the direction of flow of the substantially single-layer flux and the optical means 5 'of generation and application of the secondary laser beams 3 'in the analysis zone 4, for example in the form of an arrangement of pairs [lens 12 '/ mirror 12 "], are controlled with possibility of orientation and / or variable inclination for each secondary laser beam 3', as well as an adjustment of its focusing, independently and according to position information and possibly height provided by the aforementioned optoelectronic means 14.
Préférentiellement, dans cette seconde variante, les entrées multiples 6' du dispositif de collection 6, par exemple sous forme de miroirs 6"', sont orientables et/ou inclinables, et commandées en position sur la base des informations de position et éventuellement de hauteur fournis par le moyen optoélectronique 14.  Preferably, in this second variant, the multiple inputs 6 'of the collection device 6, for example in the form of mirrors 6 "', are orientable and / or inclinable, and controlled in position on the basis of position information and possibly height provided by the optoelectronic means 14.
Avantageusement, et comme cela ressort des figures 5 à 7, les signaux de détection sont transmis au dispositif d'analyse 7 par l'intermédiaire de fibres optiques 9, une fibre étant affectée à chaque entrée 6' du dispositif de collection 6, chaque ensemble [laser secondaire 3 '/fibre optique 9] formant un canal d'analyse.  Advantageously, and as is apparent from FIGS. 5 to 7, the detection signals are transmitted to the analysis device 7 via optical fibers 9, a fiber being assigned to each input 6 'of the collection device 6, each set [3 'secondary laser / 9 optical fiber] forming an analysis channel.
En variante à une acquisition à entrées 6' multiples, il peut aussi être prévu un dispositif de collection ou de réception 6 à entrée unique.  As an alternative to an acquisition with multiple inputs 6 ', it is also possible to provide a collection or reception device 6 with a single input.
Dans ce cas, la machine 10 peut comprendre un dispositif d'acquisition 8, par exemple du type caméra hyperspectrale, apte à recueillir et à enregistrer simultanément toutes les informations spatiales et spectrales relatives aux signaux de détection générés par l'ensemble des faisceaux laser secondaires 3', ce soit directement au niveau de la zone d'analyse 4, soit au niveau des sorties des fibres optiques 9 affectées aux différentes entrées 6' du dispositif de collection 6 (figure 8).  In this case, the machine 10 may comprise an acquisition device 8, for example of the hyperspectral camera type, capable of simultaneously collecting and recording all the spatial and spectral information relating to the detection signals generated by the set of secondary laser beams. 3 ', either directly at the analysis zone 4 or at the outputs of the optical fibers 9 assigned to the different inputs 6' of the collection device 6 (FIG. 8).
Lorsqu'une analyse par le dessous est envisagée, pour des critères de commodité, de grande dispersion de la taille des objets à analyser et/ou d'encombrement ou d'arrangement de la machine 10, il peut être prévu que la zone d'analyse 4 correspond à une zone de chute libre des objets, articles ou morceaux de ces derniers 1 (figures 1 et 9).  When a bottom analysis is envisaged, for reasons of convenience, of great dispersion of the size of the objects to be analyzed and / or of size or arrangement of the machine 10, it can be provided that the area of Analysis 4 corresponds to a zone of free falling objects, articles or pieces thereof 1 (Figures 1 and 9).
De manière préférée, le flux laser originel 3 est un flux puisé, avec une fréquence de pulsation adaptée à la vitesse de défilement et/ou à la taille minimale des objets, articles ou morceaux de ces derniers 1 à analyser et la puissance de chacun des faisceaux lasers secondaires 3', obtenus par exemple par division dichotomique du flux originel 3, est suffisante pour réaliser une ablation de matière avec génération de plasma au niveau de chaque point d'impact 4' d'un faisceau secondaire 3' sur un élément, objet ou article 1. Preferably, the original laser flux 3 is a pulsed flux, with a pulsation frequency adapted to the speed of scrolling and / or the minimum size of the objects, articles or pieces thereof 1 to be analyzed and the power of each of the 3 'secondary laser beams, obtained for example by dichotomous division of the original flux 3, is sufficient to perform ablation of material with plasma generation at the level of each point of impact 4 'of a secondary beam 3' on an element, object or article 1.
Toutefois, d'autres techniques d'analyse (comme par exemple la fluorescence de plasma induite par laser ou la spectroscopie aman) ne nécessitant pas la formation de plasma peuvent également être envisagées dans le cadre de l'invention (au niveau du dispositif d'analyse 7), en mettant en œuvre des dispositifs et moyens et un procédé identiques à ceux évoqués précédemment, ces techniques alternatives permettant alors l'utilisation de sources laser moins énergétiques.  However, other analysis techniques (such as, for example, laser-induced plasma fluorescence or aman spectroscopy) that do not require the formation of plasma can also be envisaged within the scope of the invention (at the level of the device). analysis 7), by implementing devices and means and a method identical to those mentioned above, these alternative techniques then allowing the use of less energetic laser sources.
Les différentes variantes de réalisation de l'invention sont décrites ci-après, en relation avec les figures 1 à 9 des dessins, de manière plus détaillée et non limitative.  The various embodiments of the invention are described below, with reference to FIGS. 1 to 9 of the drawings, in a more detailed and nonlimiting manner.
Comme décrit précédemment, le procédé et la machine selon la présente invention utilisent un flux laser 3 divisé en plusieurs, par exemple N, faisceaux 3'. Ces faisceaux secondaires 3' permettent l'analyse simultanée en plusieurs points de l'espace d'au plus N objets 1. La quantité d'objets 1 analysés par unité de temps est donc d'autant plus élevée que N sera grand.  As previously described, the method and the machine according to the present invention use a laser flux 3 divided into several, for example N, 3 'beams. These secondary beams 3 'allow the simultaneous analysis at several points of the space of at most N objects 1. The amount of objects 1 analyzed per unit of time is therefore higher than N will be large.
Par exemple, pour N égale à 32, pour une fréquence laser de 100 Hz et pour un taux de remplissage de 20 % (le taux de remplissage étant défini comme étant la surface couverte par les objets par unité de surface du tapis de tri du dispositif d'alimentation), il est possible de trier jusqu'à 32* 100*0.2 = 640 objets par seconde. Ceci est supérieur aux dispositifs connus de l'état de l'art de plus d'un facteur 10.  For example, for N equal to 32, for a laser frequency of 100 Hz and for a filling ratio of 20% (the filling ratio being defined as the area covered by the objects per unit area of the device sorting belt power supply), it is possible to sort up to 32 * 100 * 0.2 = 640 objects per second. This is superior to known devices of the state of the art by more than a factor of 10.
Si N est suffisamment grand, par exemple supérieur à 20, le procédé peut être qualifié de massivement parallèle. Dans ce cas, chaque faisceau 3' est fixe et le laser émet à basse cadence.  If N is sufficiently large, for example greater than 20, the process can be described as massively parallel. In this case, each beam 3 'is fixed and the laser emits at a low rate.
Si N est petit (typiquement 2 à 10), chaque faisceau 3' peut balayer une zone de l'espace et le laser émet à des cadences supérieures à celles du montage massivement parallèle.  If N is small (typically 2 to 10), each beam 3 'can scan an area of space and the laser emits at rates higher than those of the massively parallel array.
Dans le cas d'une inspection par la technique LIBS de matériaux plastiques, en particulier de plastiques foncés ou noirs, il est souhaitable d'utiliser un laser émettant dans l'ultraviolet (UV) à des énergies de l'ordre de 3 mJ par impulsion. Ainsi, le dispositif 3" de génération laser doit être capable de délivrer -3*32 = 96 mJ à 100 Hz pour un montage massivement parallèle à 32 voies. Parce que la génération des plasmas est simultanée en N points spatialement séparés, l'acquisition des signaux issus des plasmas est également faite simultanément. In the case of an inspection by the LIBS technique of plastic materials, in particular dark or dark plastics, it is desirable to use a laser emitting in the ultraviolet (UV) at energies of the order of 3 mJ by impulse. Thus, the laser generation device 3 "must be capable of delivering -3 * 32 = 96 mJ at 100 Hz for a massively parallel 32-channel circuit. Because the generation of plasmas is simultaneous in N spatially separated points, the acquisition of the signals from the plasmas is also done simultaneously.
En accord avec un premier mode de réalisation, l'invention concerne, comme l'illustrent la figure 1 et la figure 2, un procédé et une machine 10 à fonctionnement massivement parallèle utilisant un laser puisé 3 de forte énergie : typiquement quelques dizaines à quelques centaines de mJ à 100-200 Hz divisé en N faisceaux 3' pour l'analyse simultanée de 0 à N points 4', contenant chacun éventuellement un objet 1 à analyser. Si un objet 1 est présent sous le faisceau, il y a alors création d'un plasma. Si le taux de remplissage est de 20 %, en moyenne X=0.2*N objets 1 seront analysés à chaque impulsion laser.  In accordance with a first embodiment, the invention relates, as illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, to a method and a machine 10 operating massively parallel using a pulsed laser 3 of high energy: typically a few tens to a few hundreds of mJ at 100-200 Hz divided into N beams 3 'for the simultaneous analysis of 0 to N points 4', each optionally containing an object 1 to be analyzed. If an object 1 is present under the beam, then there is creation of a plasma. If the filling ratio is 20%, on average X = 0.2 * N objects 1 will be analyzed at each laser pulse.
Le procédé et la machine 10 à fonctionnement et structure massivement parallèle illustrés sur les figures 1 et 2 sont expliqués plus en détails ci-dessous.  The method and machine 10 operating and massively parallel structure illustrated in Figures 1 and 2 are explained in more detail below.
Une telle machine 10 comprend essentiellement des dispositifs d'alimentation 2, d'émission 5, de collection 6 (réception) et d'analyse 7, dont les constitutions respectives sont précisées ci-après, à titre d'exemples.  Such a machine 10 essentially comprises feed devices 2, emission 5, collection 6 (reception) and analysis 7, the respective constitutions are specified below, by way of examples.
Le dispositif d'alimentation 2 alimente la machine 10 en objets à analyser 1 grâce à un convoyeur et/ou une chute, fournissant un flux monocouche d'objets 1 au niveau de la zone d'analyse 4. La vitesse de déplacement des objets 1 doit être adaptée à la fréquence du laser. En effet il faut que la durée de passage des plus petits objets 1 sous la zone d'analyse 4 soit au moins égale à la période du laser afin de maximiser la probabilité de créer un plasma sur chacun des objets 1. Ainsi des objets de 15 mm et un laser de 100 Hz imposent une vitesse de déplacement de 1.5 m/s. Une vitesse de tapis supérieure est possible, mais la probabilité d'inspecter tous les objets 1 en défilement serait diminuée.  The feed device 2 feeds the machine 10 into objects to be analyzed 1 by means of a conveyor and / or a chute, providing a monolayer flow of objects 1 at the level of the analysis zone 4. The speed of movement of the objects 1 must be adapted to the frequency of the laser. Indeed it is necessary that the passage time of the smaller objects 1 under the analysis zone 4 is at least equal to the period of the laser to maximize the probability of creating a plasma on each of the objects 1. Thus objects of 15 mm and a laser of 100 Hz impose a speed of displacement of 1.5 m / s. Higher carpet speed is possible, but the probability of inspecting all moving objects 1 would be decreased.
Le dispositif optique d'émission 5, détaillé figure 3, comprend un dispositif 3" de génération laser de forte énergie. Cette énergie peut être subdivisée en plusieurs faisceaux 3' générant autant de points de mesure 4' grâce à un ensemble de lames séparatrices 12. Ces faisceaux 3' peuvent être réfléchis par des miroirs 12" afin de les orienter dans la direction voulue.  The optical transmission device 5, detailed in FIG 3, comprises a device 3 "of high energy laser generation This energy can be subdivided into several beams 3 'generating as many measuring points 4' thanks to a set of separating blades 12 These beams 3 'can be reflected by mirrors 12 "in order to orient them in the desired direction.
En technique LIBS, afin d'avoir une fluence (densité d'énergie surfacique en J/cm2) permettant d'obtenir des seuils de détection satisfaisants, il est généralement nécessaire de focaliser les faisceaux 3'. Ceci peut être réalisé en utilisant une lentille 12' pour chaque faisceau 3', ou en combinant les effets d'un miroir plan et d'une lentille grâce à un miroir parabolique hors d'axe 13'. In LIBS technique, in order to have a fluence (surface energy density in J / cm 2 ) to obtain satisfactory detection thresholds, it is generally necessary to focus the beams 3 '. This can be achieved by using a lens 12 'for each beam 3', or by combining the effects of a plane mirror and a lens through a parabolic mirror off axis 13 '.
Pour diminuer la fluence sur les composants optiques 12, 12' et 12", il est possible d'utiliser un expanseur de faisceau 1 1. Cette mesure aura aussi pour effet d'augmenter la fluence au point focal et donc la sensibilité.  To reduce the fluence on the optical components 12, 12 'and 12 ", it is possible to use a beam expander 1 1. This measure will also have the effect of increasing the fluence at the focal point and therefore the sensitivity.
Selon le type d'application, en particulier le type de matériaux à discriminer, le type de laser peut varier.  Depending on the type of application, in particular the type of material to be discriminated, the type of laser may vary.
Par exemple, les lasers suivants peuvent être envisagés :  For example, the following lasers can be considered:
- Pour l'analyse de plastiques, il est préférable d'utiliser un laser UV. Il est donc envisageable d'utiliser un laser à excimère qui permet de forte énergies à des cadences de l'ordre de la centaine de Hz. Si la profondeur de champ est critique, un laser Nd-Yag peut être plus avantageux de par sa qualité de faisceau.  - For the analysis of plastics, it is preferable to use a UV laser. It is therefore possible to use an excimer laser that allows high energies at rates of the order of one hundred Hz. If the depth of field is critical, a Nd-Yag laser can be more advantageous because of its quality. beam.
- Pour l'analyse des métaux, un laser infrarouge donne de très bons résultats. On peut donc utiliser un laser à solide du type Nd -YAG.  - For the analysis of metals, an infrared laser gives very good results. It is therefore possible to use a solid-state laser of the Nd-YAG type.
Les lames séparatrices 12 divisent le flux en autant de faisceaux laser 3' que nécessaires. Pour diviser le flux en N=2k faisceaux identiques, on réalise k étages de séparation dichotomique, ce qui nécessite 2k-l lames. The splitter blades 12 divide the flux into as many 3 'laser beams as necessary. To divide the flow into N = 2 k identical bundles, dichotomous separation stages are performed, which requires 2 k-1 blades.
Afin de s'affranchir de cette contrainte de la dichotomie, il est possible d'introduire une lame séparatrice dont le coefficient de transmission est différent de 50%. Il devient alors possible d'obtenir n'importe quel nombre de faisceaux 3' en maximisant le nombre de composants identiques et standards.  In order to overcome this constraint of the dichotomy, it is possible to introduce a separating plate whose transmission coefficient is different from 50%. It then becomes possible to obtain any number of beams 3 'by maximizing the number of identical and standard components.
Il est par ailleurs possible d'utiliser des lames séparatrices 12 de coefficients de transmission différents. Par exemple, pour un montage à X voies d'analyse, un montage en série, géométriquement plus simple, consisterait à prélever une même énergie E/X du faisceau laser incident d'énergie E.  It is also possible to use separating blades 12 of different transmission coefficients. For example, for an assembly with X analysis channels, a series assembly, geometrically simpler, would consist of taking the same energy E / X energy incident laser beam E.
Pour atteindre ce résultat, la première lame prélève une proportion 1/X de l'entrant, la deuxième 1/(X-1), etc. et la (X-l)ième prélève E/2. Cette solution est moins favorable car elle fait appel à plus de composants différents.  To achieve this result, the first slide takes a proportion 1 / X of the incoming, the second 1 / (X-1), and so on. and the (X-1) th takes E / 2. This solution is less favorable because it uses more different components.
La zone d'analyse 4 est ainsi constituée d'un peigne de faisceaux lasers 3' sous lequel les objets 1 seront analysés lors de leur passage. Le dispositif optique 6 de collection ou de réception, détaillé figure 4, collecte et met en forme une fraction du signal d'analyse renvoyé par chacun des X objets 1 analysés provenant des X plasmas créés. The analysis zone 4 thus consists of a comb of laser beams 3 'under which the objects 1 will be analyzed during their passage. The optical device 6 for collection or reception, detailed in FIG. 4, collects and formats a fraction of the analysis signal returned by each of the X analyzed objects 1 from the X plasmas created.
Les inventeurs ont constaté qu'il est préférable de superposer les plans d'émission et de réception pour obtenir une bonne détection quelle que soit la taille ou la forme des objets 1. Un dispositif de type confocal semble donc tout indiqué.  The inventors have found that it is preferable to superimpose the transmission and reception plans to obtain good detection regardless of the size or shape of the objects 1. A confocal device therefore seems appropriate.
Une solution pratique consiste à coupler le signal de détection dans des fibres optiques 9. Les détails exacts de la mise en forme dépendent du type de dispositif d'analyse 7 des signaux de détection utilisé.  A practical solution is to couple the detection signal in optical fibers 9. The exact details of the formatting depend on the type of sensing device 7 of the detection signals used.
Il est possible, par exemple de focaliser chaque faisceau laser 3' grâce à une lentille 12'. Une partie de la lumière du plasma est captée et réfléchie par un miroir dichroïque ou un élément équivalent adapté 13 qui est intercalé entre la lentille 12' et le point 4' de génération du plasma. Le signal de détection est alors couplé grâce à un dispositif coupleur 9', qui peut être achromatique, dans une fibre 9.  It is possible, for example to focus each laser beam 3 'with a lens 12'. Part of the plasma light is picked up and reflected by a dichroic mirror or a suitable equivalent element 13 which is interposed between the lens 12 'and the plasma generation point 4'. The detection signal is then coupled by means of a coupler device 9 ', which can be achromatic, in a fiber 9.
Comme illustré figure 5, les composants 9' et 13 peuvent être remplacés par un miroir parabolique hors d'axe 13' percé en son centre pour laisser passer le faisceau laser 3' focalisé. Ce montage optique est reproduit pour chaque faisceau 3'. Dans le cas où le dispositif optique de réception 5' peut être proche des objets 1 défilants (typiquement moins de 10 mm), il est possible de supprimer les composants 9' et 13' et de coupler le signal directement dans la fibre optique 9 pour chaque canal d'analyse.  As illustrated in FIG. 5, the components 9 'and 13 may be replaced by an off-axis parabolic mirror 13' pierced at its center to let the focused laser beam 3 'pass. This optical assembly is reproduced for each beam 3 '. In the case where the optical receiving device 5 'can be close to the moving objects 1 (typically less than 10 mm), it is possible to remove the components 9' and 13 'and to couple the signal directly in the optical fiber 9 to each analysis channel.
Le dispositif d'analyse 7 des signaux de détection permet d'acquérir et d'enregistrer simultanément les informations spatiales et spectrales de chacun des faisceaux 3' de la zone d'analyse 4.  The device 7 for analyzing the detection signals makes it possible to simultaneously acquire and record the spatial and spectral information of each of the beams 3 'of the analysis zone 4.
Le dispositif 7 d'analyse des signaux de détection peut être constitué, par exemple, de N spectromètres détectant simultanément jusqu'à N plasmas, ou avantageusement d'un spectromètre imageur ou d'une caméra hyperspectrale 8.  The device 7 for analyzing the detection signals may consist, for example, of N spectrometers simultaneously detecting up to N plasmas, or advantageously an imaging spectrometer or a hyperspectral camera 8.
Si le procédé selon l'invention utilise une caméra hyperspectrale 8, le dispositif optique de réception 5' peut utiliser un objectif, mais dans ce cas les dispositifs optiques d'émission et de réception ne peuvent être confocaux.  If the method according to the invention uses a hyperspectral camera 8, the optical reception device 5 'can use a lens, but in this case the optical transmission and reception devices can not be confocal.
Dans un autre montage possible, le dispositif optique de réception 5' peut coupler le signal de détection dans des fibres optiques 9. Le signal acquis est ensuite traité automatiquement, de manière connue, au niveau du dispositif d'analyse 7, de sorte à extraire l'information utile permettant de discriminer les objets 1 entre eux. In another possible arrangement, the receiving optical device 5 'can couple the detection signal in optical fibers 9. The acquired signal is then automatically processed, in known manner, at the level of the analysis device 7, so as to extract the useful information making it possible to discriminate the objects 1 from each other.
Un inconvénient du montage précédent est qu'une grande proportion des impulsions laser (typiquement 80 %) n'atteint aucun objet 1.  A disadvantage of the previous assembly is that a large proportion of the laser pulses (typically 80%) does not reach any object 1.
On peut donc envisager un mode où chaque faisceau laser 3' est piloté vers un objet 1 effectivement présent. Il est alors possible de diminuer fortement le nombre de faisceaux 3' pour un même débit de tri.  We can therefore consider a mode where each laser beam 3 'is driven to an object 1 actually present. It is then possible to greatly reduce the number of beams 3 'for the same sorting rate.
Une possible construction de la machine 1 avec un montage en mode piloté est illustrée sur la figure 6 et détaillée ci-dessous à titre d'exemple.  A possible construction of the machine 1 with a controlled mode mounting is illustrated in Figure 6 and detailed below by way of example.
Dans ce mode de réalisation à dispositifs d'émission 5 et de collection 6 pilotés ou asservis (figure 6 par exemple), le dispositif d'alimentation 2 alimente la machine 10 en objets ou articles 1 à analyser grâce à un convoyeur et/ou une chute.  In this embodiment with transmission devices 5 and collection 6 controlled or servocontrolled (FIG. 6 for example), the feed device 2 feeds the machine 10 into objects or articles 1 to be analyzed by means of a conveyor and / or a fall.
La réalisation du dispositif d'émission 5, détaillée figure 7 et figure 8, comprend un dispositif générateur 3" de laser 3 de forte énergie. Ce flux laser 3 est subdivisé en plusieurs points de mesure 4' (un par faisceau secondaire 3') grâce à un ensemble de lames séparatrices 12.  The embodiment of the transmission device 5, detailed in FIG 7 and FIG 8, comprises a high energy laser generator device 3 "3. This laser flux 3 is subdivided into several measurement points 4 '(one per sub-beam 3'). thanks to a set of separating blades 12.
Ces faisceaux 3' peuvent être réfléchis par des miroirs 12" afin de les orienter vers des scanners ou miroirs d'émission 12"'. Les scanners d'émission 12"' sont pilotés afin que l'impulsion laser secondaire atteigne un objet présent dans la partie fragmentaire de la zone d'analyse 4 accessible et attribuée au scanner 12"', cette zone étant appelée canal. L'ensemble des canaux forme la zone d'analyse 4, qui s'étend transversalement à la direction de défilement des objets 1.  These beams 3 'can be reflected by mirrors 12 "to direct them to scanners or emission mirrors 12"'. The emission scanners 12 "'are controlled so that the secondary laser pulse reaches an object present in the fragmentary part of the analysis zone 4 accessible and assigned to the scanner 12"', this zone being called a channel. The set of channels forms the analysis zone 4, which extends transversely to the scrolling direction of the objects 1.
Les objets 1 sont repérés en amont de la zone d'analyse 4 sur le dispositif d'alimentation 2. Avantageusement, la caméra 14 utilisée à cet effet peut être un profilomètre (figure 6).  The objects 1 are identified upstream of the analysis zone 4 on the supply device 2. Advantageously, the camera 14 used for this purpose may be a profilometer (FIG. 6).
Connaître l'épaisseur ou la hauteur des objets 1 permet de corriger les erreurs de pointé entre les scanners ou miroirs d'émission 12"' et de réception 6"' dues aux variations en hauteur des objets 1 et au fait que les dispositifs d'émission 5 et de réception 6 ne sont pas confocaux.  Knowing the thickness or the height of the objects 1 makes it possible to correct the pointing errors between the scanners or emission mirrors 12 "'and of reception 6"' due to the variations in height of the objects 1 and the fact that the devices of broadcast 5 and reception 6 are not confocal.
En technique LIBS, afin d'avoir une fluence permettant d'obtenir des seuils de détection satisfaisants, il est généralement nécessaire de focaliser les faisceaux 3'. Ceci peut être réalisé en utilisant une lentille à champ plat 15, ou des lentilles mobiles. Le principe de séparation dichotomique expliqué ci-dessus pour le montage massivement parallèle est également applicable en mode ciblé ou piloté. In LIBS technique, in order to have a fluence that makes it possible to obtain satisfactory detection thresholds, it is generally necessary to focus the beams 3 '. This can be achieved by using a flat field lens 15, or moving lenses. The principle of dichotomous separation explained above for massively parallel mounting is also applicable in targeted or piloted mode.
La réalisation du dispositif optique de réception 6, détaillée figure 7, collecte et met en forme une fraction du signal d'analyse renvoyé par chacun des objets 1 analysés. Le signal est capté par un ensemble de scanners ou de miroirs de réception 6"' pilotés grâce aux mêmes données de position et d'épaisseur d'objets 1 que pour les scanners ou miroirs d'émission 12"'. Les scanners de réception 6"' réfléchissent la lumière des X plasmas générés vers les N dispositifs de couplage 9'. Chaque signal est alors couplé dans une des N fibres optiques 9.  The embodiment of the reception optical device 6, detailed in FIG. 7, collects and formats a fraction of the analysis signal returned by each of the analyzed objects 1. The signal is picked up by a set of scanners or reception mirrors 6 "'driven by the same position and thickness data of objects 1 as for scanners or emission mirrors 12"'. The reception scanners 6 "reflect the light of the X plasmas generated towards the N coupling devices 9. Each signal is then coupled into one of the N optical fibers 9.
Le dispositif d'analyse 7 des signaux de détection permet d'acquérir et d'enregistrer simultanément les informations spatiales et spectrales de chacun des faisceaux 3' de la zone d'analyse 4.  The device 7 for analyzing the detection signals makes it possible to simultaneously acquire and record the spatial and spectral information of each of the beams 3 'of the analysis zone 4.
Le dispositif 7 d'analyse des signaux de détection peut être constitué, par exemple, d'autant de spectromètres que de faisceaux 3' générant simultanément les X plasmas, ou avantageusement d'un spectromètre imageur.  The device 7 for analyzing the detection signals may consist, for example, of as many spectrometers as beams 3 'simultaneously generating the X plasmas, or advantageously an imaging spectrometer.
Le signal acquis est alors traité automatiquement de sorte à extraire l'information utile permettant de discriminer les objets 1 du flux entre eux.  The acquired signal is then automatically processed so as to extract the useful information for discriminating objects 1 from the flow between them.
Une variante du dispositif 6, 7 d'analyse et de réception est présentée sur la figure 8. Elle utilise une caméra hyperspectrale 8 couvrant l'ensemble des canaux. Elle permet de supprimer certains composants optiques de réception 9, 9' et 6"' mais présente un bilan optique moins favorable. Ce bilan peut néanmoins rester satisfaisant, par exemple dans le cas du tri de métaux.  A variant of the analysis and reception device 6, 7 is shown in FIG. 8. It uses a hyperspectral camera 8 covering all the channels. It makes it possible to suppress certain optical reception components 9, 9 'and 6 "' but has a less favorable optical balance, but this balance can nevertheless remain satisfactory, for example in the case of metal sorting.
La figure 10 illustre une variante de réalisation des dispositifs d'émission et de collection représentés figure 7.  FIG. 10 illustrates an alternative embodiment of the transmission and collection devices represented in FIG. 7.
Le dispositif d'émission comprend dans cette variante des lames séparatrices 12, des miroirs de renvoi plan 12" et des miroirs mobiles 12"' pilotés.  In this variant, the transmitting device comprises separating blades 12, planar reflecting mirrors 12 "and driven mirrors 12" '.
Le montage illustré est de type confocal, les mêmes miroirs scanners mobiles 12"' servant, aux niveaux des différents canaux, simultanément pour l'émission et pour la collection.  The illustrated assembly is of the confocal type, the same mobile scanner mirrors 12 "serving, at the levels of the different channels, simultaneously for the transmission and for the collection.
Les moyens optiques additionnels des dispositifs d'émission et de collection peuvent éventuellement correspondre, pour chaque canal, à ceux représentés figure 4 ou figure 5 (les lentilles à champ plat 15 des figures 7 et 8 sont supprimées, du fait des problèmes de chromatisme), comme par exemple un miroir parabolique hors d'axe percé 13' associé à une fibre optique 9. The additional optical means of the transmission and collection devices may possibly correspond, for each channel, to those shown in FIG. 4 or FIG. 5 (the flat-field lenses 15 of FIGS. 7 and 8 are suppressed, because of chromaticism problems), such as, for example, a parabolic mirror out of the pierced axis 13 'associated with an optical fiber 9.
Afin de préserver une focalisation constante sur tout le champ, il peut être prévu, comme le montre schématiquement la figure 10, de faire circuler les objets, articles ou analogues à analyser 1 sur une portion de surface support courbe ou incurvée 2' pour chaque canal, par exemple en les faisant circuler sur une chute de forme appropriée.  In order to preserve a constant focus on the whole field, it can be provided, as shown schematically in Figure 10, to circulate the objects, articles or analogs to be analyzed 1 on a portion of curved or curved support surface 2 'for each channel for example by circulating them on a fall of appropriate shape.
Il convient de noter que cette variante de réalisation permet également de s'affranchir de la mise en œuvre d'un profilomètre.  It should be noted that this variant embodiment also makes it possible to dispense with the implementation of a profilometer.
Une limitation fonctionnelle du mode piloté est que, contrairement au dispositif massivement parallèle, si deux objets 1 arrivent en même temps sur un même canal un seul uniquement pourra être inspecté ou trié.  A functional limitation of the controlled mode is that, unlike the massively parallel device, if two objects 1 arrive at the same time on the same channel only one can be inspected or sorted.
La qualité du plasma et donc du signal de détection est sensible à la fluence (J/cm2) des faisceaux 3' sur la surface des objets 1 à inspecter ou à trier. Une variation de l'épaisseur (hauteur) des objets 1 est donc susceptible d'entraîner une modification de la fluence et donc de la conclusion de l'analyse si les dispositifs optiques d'émission 5' et de réception 6" sont placés au dessus du plan de défilement du dispositif d'alimentation 2. The quality of the plasma and therefore of the detection signal is sensitive to the fluence (J / cm 2 ) of the beams 3 'on the surface of the objects 1 to be inspected or sorted. A variation in the thickness (height) of the objects 1 is therefore likely to cause a change in the fluence and thus the conclusion of the analysis if the optical transmitting devices 5 'and receiving 6 "are placed above the scroll plane of the feeding device 2.
Ainsi, on peut distinguer les deux situations décrites ci-après. Thus, we can distinguish the two situations described below.
Si la hauteur des objets 1 à inspecter ou trier est suffisamment uniforme comparée à la profondeur de champ des dispositifs optiques d'émission 5' et de réception 6", il est possible d'analyser les objets 1 par leur face supérieure comme illustré figure 2, la surface inférieure étant la surface qui est en contact avec le dispositif d'alimentation 2. Dans ce cas, le dispositif optique d'émission 5' est positionné de sorte à ce que le point focal soit placé à la hauteur moyenne de passage des surfaces supérieures des objets 1. If the height of the objects 1 to inspect or sort is sufficiently uniform compared to the depth of field of the optical transmitting devices 5 'and receiving 6 ", it is possible to analyze the objects 1 by their upper face as shown in FIG. , the lower surface being the surface which is in contact with the supply device 2. In this case, the optical transmission device 5 'is positioned so that the focal point is placed at the average height of passage of the top surfaces of objects 1.
Si la dispersion en hauteur des objets 1 est supérieure à la profondeur de champ des dispositifs optiques d'émission 5' et de réception 6", il devient impossible d'analyser les objets 1 par leur face supérieure avec le montage précédent.  If the height dispersion of the objects 1 is greater than the depth of field of the optical transmitting devices 5 'and receiving 6 ", it becomes impossible to analyze the objects 1 by their upper face with the previous assembly.
On peut alors effectuer l'analyse sur la face inférieure des objets 1 tel qu'illustré figures 1 et 6. En analysant les objets par en-dessous, en chute, immédiatement après qu'ils ont quitté le support transporteur matériel (bande défilante) du dispositif d'alimentation 2, la surface inférieure de l'objet 1 sera pratiquement toujours à la même distance de la lentille de focalisation 12 car le dessous de l'objet 1 est maintenu jusqu'à ce qu'il quitte ledit support de transport du dispositif d'alimentation 2. We can then perform the analysis on the underside of objects 1 as shown in Figures 1 and 6. By analyzing the objects from below, down, immediately after they have left the material conveyor carrier (moving strip) of the feeder 2, the bottom surface of the object 1 will be almost always at the same distance from the focusing lens 12 because the underside of the object 1 is maintained until it leaves said transport support of the supply device 2.
Ainsi, en analysant sur la face inférieure, il est possible de s'affranchir de la hauteur des objets 1, le bénéfice s'appliquant pour les dispositifs d'émission 5 et de réception 6.  Thus, by analyzing on the lower face, it is possible to overcome the height of the objects 1, the benefit applying for the transmitting devices 5 and receiving 6.
Si les petits objets, comme les plastiques broyés, réclament une petite profondeur de champ, de l'ordre de quelques mm, l'analyse de gros objets peut nécessiter une profondeur de champ de l'ordre de +/- 10 mm. En effet les gros objets (métaux, minerais...), sont plus susceptibles d'avoir des irrégularités de surface. La profondeur de champ peut être ajustée en choisissant une lentille de focale adaptée au diamètre du faisceau 3' incident. Typiquement, une lentille de focale 500 mm avec un diamètre de faisceau de 2 mm permet une profondeur de champ suffisante pour le tri de gros objets.  If small objects, such as crushed plastics, require a small depth of field, of the order of a few mm, the analysis of large objects may require a depth of field of the order of +/- 10 mm. Large objects (metals, ores, etc.) are more likely to have surface irregularities. The depth of field can be adjusted by choosing a focal lens adapted to the diameter of the incident beam 3 '. Typically, a 500 mm focal length lens with a beam diameter of 2 mm provides a sufficient depth of field for sorting large objects.
La variante de réalisation en mode piloté est aussi applicable pour une analyse sur la face inférieure (figure 6).  The embodiment variant in controlled mode is also applicable for an analysis on the lower face (FIG. 6).
L'analyse des objets 1 par-dessous peut poser un problème de salissure et/ou d' endommagement des composants optiques si celles-ci sont placées à la verticale de l'extrémité du dispositif d'alimentation 2.  The analysis of the objects 1 below can pose a problem of soiling and / or damage of the optical components if they are placed vertically from the end of the feeder 2.
Pour y remédier, il est possible d'incliner le dispositif d'alimentation 2 ou l'extrémité de ce dernier tel qu'illustré figure 9.  To remedy this, it is possible to tilt the feed device 2 or the end of the latter as shown in Figure 9.
Ainsi les dispositifs optiques 5' et 6" sont en retrait sous le dispositif d'alimentation 2 (pour ne pas interférer avec la trajectoire de chute des objets 1) et protégées de la poussière et des chocs. Le système d'alimentation serait composé, par exemple, d'un convoyeur assurant une vitesse initiale faible et d'une plaque inclinée à 75° par rapport à l'horizontale qui guiderait les objets 1 dans leur chute. La contrepartie de ce dispositif est que la vitesse des objets est moins bien maîtrisée, en particulier pour les objets « mous » du type caoutchouc.  Thus the optical devices 5 'and 6 "are recessed under the feed device 2 (so as not to interfere with the fall path of the objects 1) and protected from dust and shock. for example, a conveyor providing a low initial speed and a plate inclined at 75 ° to the horizontal which would guide the objects 1 in their fall.The counterpart of this device is that the speed of objects is less well controlled, especially for "soft" objects of the rubber type.
Il convient de noter que dans le cas d'un faisceau laser incident originel 3 dont les impulsions sont suffisamment énergétiques, une simple subdivision spatiale en plusieurs faisceaux impulsionnels secondaires 3' distincts, simultanés et séparés, convient et des impulsions successives à cadence moyenne sont suffisantes. It should be noted that in the case of an original incident laser beam 3 whose pulses are sufficiently energetic, a simple spatial subdivision into several secondary pulse beams 3 ' separate, simultaneous and separate, is suitable and successive pulses at average rate are sufficient.
Toutefois, il est également possible de mettre en œuvre, de manière supplémentaire, une séparation temporelle des impulsions successives du faisceau 3 originel.  However, it is also possible to implement, in addition, a temporal separation of the successive pulses of the original beam 3.
Ainsi, il est possible de diriger séquentiellement M impulsions laser successives chacune vers un dispositif optique d'émission 5 différent. Chacun de ces M dispositifs 5 peut générer N faisceaux secondaires 3' appliqués simultanément en des points 4' spatialement séparés. On peut ainsi générer un total de M x N points de visée 4' différents.  Thus, it is possible to sequentially direct M successive laser pulses each to a different transmission optical device. Each of these M devices 5 can generate N sub-beams 3 'simultaneously applied at spatially separated points 4'. It is thus possible to generate a total of M x N different points of aim 4 '.
A titre d'exemple, il est possible d'envisager un laser de 500 Hz et 9 mJ avec M = 5 et N = 3, ce qui permet d'obtenir quinze points de visée différents. A la première période du signal laser originel, trois points sont activés, chacun avec une énergie de 3 mJ. A la deuxième période, soit 2 ms plus tard, trois autres points sont activés, et ainsi de suite : 10 ms plus tard, on revient aux trois premiers points.  By way of example, it is possible to envisage a laser of 500 Hz and 9 mJ with M = 5 and N = 3, which makes it possible to obtain fifteen different points of aim. At the first period of the original laser signal, three points are activated, each with an energy of 3 mJ. In the second period, ie 2 ms later, three more points are activated, and so on: 10 ms later, we return to the first three points.
La cadence totale est, avec cette subdivision combinée du flux laser originel, de 1500 tirs par seconde.  The total cadence is, with this combined subdivision of the original laser flux, 1500 shots per second.
Par rapport à la réalisation préférentielle précédente (séparation seulement spatiale et pas temporelle), cette stratégie permet d'utiliser des lasers plus rapides et moins énergétiques.  Compared to the previous preferential realization (separation only spatial and not temporal), this strategy makes it possible to use lasers faster and less energetic.
Elle permet donc de s'adapter à des répartitions plus variées entre énergie par impulsion et cadence, à puissance moyenne constante.  It thus makes it possible to adapt to more varied distributions between energy per pulse and cadence, at constant average power.
Cette combinaison de séparations temporelles et spatiales peut aussi bien s'appliquer à l'arrangement massivement parallèle qu'à l'arrangement piloté décrits ci-dessus.  This combination of temporal and spatial separations can be applied equally to the massively parallel arrangement as to the controlled arrangement described above.
Si l'objet de l'invention décrite est particulièrement adapté à l'inspection ou au tri automatique d'objets par la technique LIBS, tels que des déchets, ferrailles ou minéraux, le même concept inventif, et notamment les caractéristiques essentielles de l'invention exposées précédemment, peuvent être mis en œuvre en relation avec des procédés d'inspection ou de tri automatique utilisant d'autres spectroscopies LASER telles que la spectroscopie Raman ou la spectroscopie de fluorescence induite par LASER.  If the object of the invention described is particularly suitable for the automatic inspection or sorting of objects by the LIBS technique, such as waste, scrap or minerals, the same inventive concept, and in particular the essential characteristics of the invention. The invention described above can be implemented in connection with automatic inspection or sorting methods using other LASER spectroscopies such as Raman spectroscopy or LASER-induced fluorescence spectroscopy.
Les traitements d'analyse des signaux de détection en vue de réaliser la discrimination des objets, articles ou analogues 1 peuvent consister, dans leur version la plus simple, c'est-à-dire dans le cas de pics spectralement bien individualisés, en une technique de seuillage sur les rapports de raies. Même dans le cas où les pics apparaissent mélangés, de nombreuses techniques connues permettent de déterminer la composition chimique grâce aux techniques d'analyses multivariées. Dans l'état de la technique, les techniques suivantes notamment sont connues de l'homme du métier : Analyse en Composantes Principales (ACP), Régression Linéaire Multiple (MLR), Moindres Carrés Partiels (PLS), corrélation ou analogue. The processing of the detection signals to discriminate objects, articles or the like 1 may consist, in their simplest version, that is to say in the case of peaks spectrally well individualized, in a technique of thresholding on the reports of lines. Even in the case where the peaks appear mixed, many known techniques make it possible to determine the chemical composition by means of multivariate analysis techniques. In the state of the art, the following techniques in particular are known to those skilled in the art: Principal Component Analysis (PCA), Multiple Linear Regression (MLR), Partial Square Least Squares (PLS), correlation or the like.
La présente invention permet d'obtenir un niveau de signal élevé et homogène sur la largeur d'un dispositif d'alimentation 2 planaire. Ces conséquences, dues à la géométrie de construction de la machine 10, permettent d'envisager une construction similaire efficace pour l'analyse de signaux peu intenses, comme en spectroscopie Raman (le montage présenté figure 1 est particulièrement adapté à cette fin). Les contraintes sur le laser étant plus faibles en termes d'énergie et de fluence, il est envisageable d'utiliser un laser continu ou très haute cadence (MHz) et par là même un dispositif d'alimentation 2 plus rapide et ainsi d'augmenter le débit de la machine 10.  The present invention provides a high and homogeneous signal level across the width of a planar feeder 2. These consequences, due to the construction geometry of the machine 10, allow to consider a similar construction effective for the analysis of weak signals, such as Raman spectroscopy (the assembly shown in Figure 1 is particularly suitable for this purpose). Since the constraints on the laser are lower in terms of energy and fluence, it is conceivable to use a continuous or very high-speed laser (MHz) and hence a faster feed device 2 and thus to increase the flow rate of the machine 10.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.  Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown in the accompanying drawings. Modifications are possible, particularly from the point of view of the constitution of the various elements or by substitution of technical equivalents, without departing from the scope of protection of the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'inspection et/ou de tri automatique pour analyser et/ou discriminer, dans un flux, des objets, articles ou morceaux de ces derniers appartenant à au moins deux catégories différentes en fonction de la composition chimique ou de la présence ou non d'un composé chimique déterminé dans au moins une couche de surface de ces objets, articles ou morceaux de ces derniers, le procédé consistant : 1. A method of automatic inspection and / or sorting for analyzing and / or discriminating, in a stream, objects, articles or pieces thereof belonging to at least two different categories depending on the chemical composition or presence or not of a chemical compound determined in at least one surface layer of these articles, articles or pieces thereof, the process consisting of:
à fournir un flux sensiblement monocouche d'objets, articles ou morceaux de ces derniers défilant avec une disposition aléatoire et sur une largeur déterminée par l'intermédiaire d'un dispositif d'alimentation ;  providing a substantially monolayer flow of articles, articles, or pieces thereof scrolling with a random arrangement and over a predetermined width by means of a feeding device;
à projeter un flux laser mis en forme dans une zone d'analyse traversée par les objets, articles ou morceaux de ces derniers au moyen d'un dispositif d'émission adapté ;  projecting a shaped laser flux into an analysis zone traversed by the objects, articles or pieces thereof by means of a suitable transmission device;
à recueillir et à mettre en forme les signaux de détection correspondant aux réponses émises par chacun des objets, articles ou morceaux de ces derniers impactés par le flux laser, ce par l'intermédiaire d'un dispositif de collection à une ou plusieurs entrées ;  collecting and formatting the detection signals corresponding to the responses emitted by each of the objects, articles or pieces thereof impacted by the laser flow, by means of a collection device with one or more inputs;
à traiter et à évaluer les signaux de détection collectés et mis en forme, en synchronisation avec la projection du flux laser, au moyen d'un dispositif adapté d'analyse autorisant une discrimination des objets, articles ou morceaux de ces derniers en fonction de leur composition chimique ou de la composition chimique d'une couche de surface au moins de ces derniers,  processing and evaluating the collected and shaped detection signals, in synchronization with the projection of the laser flux, by means of a suitable analysis device allowing discrimination of the objects, articles or pieces thereof according to their chemical composition or chemical composition of at least one surface layer thereof,
procédé caractérisé en ce qu'il consiste en outre :  characterized in that it further comprises:
à diviser le flux laser incident originel (3) en plusieurs faisceaux secondaires (3') collimatés ou focalisés et à appliquer ces derniers simultanément en des points espacés répartis dans la zone d'analyse (4), ce par l'intermédiaire de moyens optiques (5") adaptés faisant partie du dispositif d'émission (5), et,  dividing the original incident laser flux (3) into a plurality of collimated or focused secondary beams (3 ') and simultaneously applying them at spaced apart points distributed in the analysis zone (4) by means of optical means (5 ") being part of the transmitting device (5), and
à collecter simultanément et en parallèle les signaux de détection générés par chacun des faisceaux secondaires (3') au contact d'un objet, article ou morceau (1) dans la zone d'analyse (4).  simultaneously and in parallel collecting the detection signals generated by each of the secondary beams (3 ') in contact with an object, article or piece (1) in the analysis zone (4).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à produire par division du flux laser initial (3) un grand nombre, préférentiellement au moins vingt, de faisceaux secondaires (3'), à appliquer les faisceaux laser (3') dans la zone d'analyse (4) avec une orientation fixe et à régler leur espacement mutuel de telle manière que la distance séparant deux faisceaux (3') voisins est inférieure ou égale à la taille minimale des objets, articles ou morceaux de ces derniers (1) à analyser, préférentiellement à la dimension apparente minimale des plus petits objets, articles ou morceaux de ces derniers à analyser. 2. Method according to claim 1, characterized in that it consists in producing by division of the initial laser flux (3) a large number, preferably at least twenty, of secondary beams (3 ') to be applied. the laser beams (3 ') in the analysis zone (4) with a fixed orientation and adjusting their mutual spacing so that the distance between two adjacent beams (3') is less than or equal to the minimum size of the objects articles or pieces thereof (1) to be analyzed, preferentially to the minimum apparent size of the smallest objects, articles or pieces thereof to be analyzed.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à produire par division du flux laser initial (3) un nombre limité, préférentiellement entre 2 et 10, de faisceaux secondaires (3') et à piloter le dispositif d'émission (5), sur la base d'informations préalables de positions et éventuellement de hauteurs des objets, articles ou morceaux de ces derniers (1) présents sur le dispositif d'alimentation (2), ce pour commander dynamiquement et indépendamment chaque faisceau laser (3') en termes d'orientation et éventuellement de focalisation dans la zone d'analyse (4).  3. Method according to claim 1, characterized in that it consists in producing by division of the initial laser flux (3) a limited number, preferably between 2 and 10, of secondary beams (3 ') and to control the device of emission (5), on the basis of prior information of positions and possibly heights of the objects, articles or pieces thereof (1) present on the supply device (2), for dynamically and independently controlling each laser beam (3 ') in terms of orientation and possibly focusing in the analysis zone (4).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à commander les entrées (6') du dispositif de collection (6), notamment leur position et/ou leur orientation, de manière dynamique et mutuellement indépendante, en fonction des informations de position et éventuellement de hauteur acquises préalablement, pour recueillir au moins partiellement les signaux de détection générés par les faisceaux laser pilotés (6') au niveau des objets, articles ou morceaux de ces derniers (1) impactés, une entrée (6') du dispositif de collection (6) étant associée à chaque faisceau laser secondaire (3') et formant avec ce dernier un canal d'analyse balayant une région fractionnaire de la zone d'analyse (4).  4. Method according to claim 3, characterized in that it consists in controlling the inputs (6 ') of the collection device (6), in particular their position and / or their orientation, dynamically and mutually independent, depending on the position information and possibly height previously acquired, to at least partially collect the detection signals generated by the piloted laser beams (6 ') at the objects, articles or pieces thereof (1) impacted, an input (6' ) of the collection device (6) being associated with each secondary laser beam (3 ') and forming therewith an analysis channel scanning a fractional region of the analysis zone (4).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à recueillir simultanément, directement ou non, les informations spatiales et spectrales de chacun des points d'impact laser (4') de la zone d'analyse (4) par l'intermédiaire d'un dispositif d'acquisition adapté (8), faisant partie du dispositif de collection (6).  5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it consists in simultaneously collecting, directly or not, the spatial and spectral information of each of the laser impact points (4 ') of the zone d analysis (4) via a suitable acquisition device (8), forming part of the collection device (6).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les signaux de détection recueillis par les entrées (6') du dispositif de collection (6) sont transportés par des conducteurs optiques adaptés (8), associés chacun à un point d'impact laser (4'), tels que par exemple des fibres optiques, pour être amenés vers et être traités par le dispositif d'analyse (7) ou être imagés par un dispositif d'acquisition (8) spatiale et spectrale. 6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the detection signals collected by the inputs (6 ') of the collection device (6) are transported by suitable optical conductors (8), each associated with at a laser impact point (4 '), such as, for example, optical fibers, to be fed to and processed by the analysis device (7) or imaged by a spatial acquisition device (8) and spectral.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les faisceaux lasers secondaires (3') sont appliqués de manière focalisée sur les faces inférieures des objets, articles ou morceaux de ces derniers (1), par exemple alors que ces derniers sont en chute libre. 7. Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the secondary laser beams (3 ') are applied in a focused manner on the lower faces of objects, articles or pieces thereof (1), for example while these are in free fall.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le flux laser originel (3) est un flux puisé, avec une fréquence de pulsation adaptée à la vitesse de défilement et/ou à la taille minimale des objets, articles ou morceaux de ces derniers (1) à analyser et en ce que la puissance de chacun des faisceaux lasers secondaires (3'), obtenus par exemple par division dichotomique du flux originel, est suffisante pour réaliser une ablation de matière avec génération de plasma au niveau du point d'impact (4') du faisceau laser (3') considéré sur un élément, objet ou article (1).  8. Method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the original laser flux (3) is a pulsed flow, with a pulse frequency adapted to the speed of scrolling and / or the minimum size of objects , articles or pieces thereof (1) to be analyzed and in that the power of each of the secondary laser beams (3 '), obtained for example by dichotomic division of the original flux, is sufficient to perform ablation of material with generation of plasma at the point of impact (4 ') of the laser beam (3') considered on an element, object or article (1).
9. Machine d'inspection et/ou de tri automatique pour analyser et/ou discriminer, dans un flux, des objets, articles ou morceaux de ces derniers appartenant à au moins deux catégories différentes en fonction de la composition chimique ou de la présence ou non d'un composé chimique déterminé dans au moins une couche de surface de ces objets, articles ou morceaux de ces derniers, cette machine comprenant :  9. Automatic inspection and / or sorting machine for analyzing and / or discriminating, in a flow, objects, articles or pieces thereof belonging to at least two different categories depending on the chemical composition or presence or not of a chemical compound determined in at least one surface layer of these articles, articles or pieces thereof, said machine comprising:
un dispositif d'alimentation apte à fournir un flux sensiblement monocouche d'objets, articles ou morceaux de ces derniers défilant avec une disposition aléatoire et sur une largeur déterminée ;  a feeding device adapted to provide a substantially monolayer flow of objects, articles or pieces thereof scrolling with a random arrangement and a given width;
un dispositif d'émission laser apte à projeter un flux laser mis en forme dans une zone d'analyse traversée par les objets, articles ou morceaux de ces derniers ;  a laser emission device adapted to project a shaped laser flux into an analysis zone traversed by the objects, articles or pieces thereof;
un dispositif de collection à une ou plusieurs entrées apte à recueillir et à mettre en forme les signaux de détection correspondant aux réponses émises par chacun des objets, articles ou morceaux de ces derniers impactés par le flux laser ;  a collection device with one or more inputs capable of collecting and formatting the detection signals corresponding to the responses emitted by each of the objects, articles or pieces thereof impacted by the laser flux;
un dispositif d'analyse apte à traiter et à évaluer les signaux de détection collectés et mis en forme, en synchronisation avec la projection du flux laser, ce dispositif d'analyse permettant une discrimination des objets, articles ou morceaux de ces derniers en fonction de leur composition chimique ou de la composition chimique d'une couche de surface au moins de ces derniers,  an analysis device adapted to process and evaluate the collected and shaped detection signals, in synchronization with the projection of the laser flux, this analysis device allowing a discrimination of the objects, articles or pieces of the latter as a function of their chemical composition or the chemical composition of at least one surface layer thereof,
machine (10) caractérisée en ce qu'elle comprend en outre : des moyens optiques (5') faisant partie du dispositif d'émission (5) et aptes à diviser le flux laser incident originel (1) en plusieurs faisceaux secondaires (Γ) collimatés ou focalisés et à appliquer ces derniers simultanément en des points espacés (4') répartis dans la zone d'analyse (4), et, machine (10) characterized in that it further comprises: optical means (5 ') forming part of the transmission device (5) and capable of dividing the original incident laser flux (1) into several collimated or focused secondary beams (Γ) and simultaneously applying them at spaced points ( 4 ') distributed in the analysis zone (4), and
des moyens optiques (6") faisant partie du dispositif de collection (6) et aptes à collecter simultanément et en parallèle les signaux de détection générés par chacun des faisceaux secondaires (3') au contact d'un élément, objet ou article (1) dans la zone de détection (4).  optical means (6 ") forming part of the collection device (6) and able to collect simultaneously and in parallel the detection signals generated by each of the secondary beams (3 ') in contact with an element, object or article (1 ) in the detection zone (4).
10. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que les dispositifs d'émission (5) et de collection (6) sont configurés et réglés de telle manière que les plans d'émission et de détection de chaque faisceau secondaire (3') sont sensiblement confondus au niveau de la zone d'analyse (4), le dispositif d'émission (5) comprenant éventuellement un expanseur de faisceau (1 1).  10. Machine according to claim 9, characterized in that the emission devices (5) and collection (6) are configured and adjusted in such a way that the emission and detection planes of each secondary beam (3 ') are substantially coincidental at the analysis zone (4), the transmission device (5) optionally comprising a beam expander (1 1).
1 1. Machine selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que le dispositif d'émission (5) comporte des moyens optiques (5') statiques pour la génération et l'application de faisceaux secondaires (3'), consistant en un arrangement de lames séparatrices (12), par exemple à action dichotomique, associées à des lentilles de focalisation (12') et éventuellement à des miroirs fixes (12") d'orientation des faisceaux secondaires (3').  Machine according to claim 9 or 10, characterized in that the transmitting device (5) comprises static optical means (5 ') for the generation and application of secondary beams (3'), consisting of a arrangement of separating plates (12), for example with a dichotomous action, associated with focusing lenses (12 ') and possibly with fixed mirrors (12 ") for orienting the secondary beams (3').
12. Machine selon la revendication 10 ou 1 1, caractérisée en ce que les moyens optiques (5', 6") des dispositifs d'émission (5) ou de collection (6) forment un arrangement confocal multiple, à chaque lentille de focalisation (12') d'un faisceau laser secondaire (3') étant associé un élément séparateur tel qu'un miroir dichroïque (13) ou un miroir parabolique hors d'axe percé (13'), déviant le signal de détection émis par l'élément, l'objet ou l'article (1) impacté par le faisceau laser secondaire (3') considéré vers l'entrée ou une entrée correspondante (6') du dispositif de collection (6).  12. Machine according to claim 10 or 1 1, characterized in that the optical means (5 ', 6 ") of the emission devices (5) or collection (6) form a multiple confocal arrangement, with each focusing lens (12 ') of a secondary laser beam (3') being associated a separating element such as a dichroic mirror (13) or a parabolic mirror out of pierced axis (13 '), deviating the detection signal emitted by the element, object or article (1) impacted by the secondary laser beam (3 ') considered towards the input or a corresponding input (6') of the collection device (6).
13. Machine selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen optoélectronique de repérage (14), et éventuellement de détermination des hauteurs, des objets, articles ou morceaux de ces derniers (1) à analyser, situé en amont de la zone d'analyse (4) dans la direction d'écoulement du flux sensiblement monocouche et en ce que les moyens optiques (5') de génération et d'application des faisceaux lasers secondaires (3') dans la zone d'analyse (4), par exemple sous forme d'un arrangement de couples [lentille (12')/miroir (12")], sont commandés avec possibilité d'orientation et/ou d'inclinaison variable pour chaque faisceau laser secondaire (3'), et éventuellement un ajustement de sa focalisation, ce de manière indépendante et en fonction des informations de position et éventuellement de hauteur fournis par le moyen optoélectronique précité (14). 13. Machine according to any one of claims 9 and 10, characterized in that it comprises an optoelectronic locating means (14), and optionally determining heights, objects, articles or pieces thereof (1) to analyzing, located upstream of the analysis zone (4) in the direction of flow of the substantially monolayer flow and in that the optical means (5 ') for generating and for applying the secondary laser beams (3 ') in the analysis zone (4), for example in the form of an arrangement of couples [lens (12') / mirror (12 ")], are controlled with the possibility of variable orientation and / or inclination for each secondary laser beam (3 '), and optionally an adjustment of its focus, independently and according to the position information and possibly height provided by the aforementioned optoelectronic means (14). ).
14. Machine selon la revendication 13, caractérisée en ce que les entrées multiples (6') du dispositif de collection (6), par exemple sous forme de miroirs, sont orientables et/ou inclinables, et commandées en position sur la base des informations de position et éventuellement de hauteur fournis par le moyen optoélectronique (14).  14. Machine according to claim 13, characterized in that the multiple inputs (6 ') of the collection device (6), for example in the form of mirrors, are orientable and / or tilting, and controlled in position on the basis of information position and possibly height provided by the optoelectronic means (14).
15. Machine selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que les signaux de détection sont transmis au dispositif d'analyse (7) par l'intermédiaire de fibres optiques (9), une fibre étant affectée à chaque entrée (6') du dispositif de collection (6), chaque ensemble [laser secondaire (3')/fibre optique (9)] formant un canal d'analyse.  15. Machine according to any one of claims 9 to 14, characterized in that the detection signals are transmitted to the analysis device (7) via optical fibers (9), a fiber being assigned to each input. (6 ') of the collection device (6), each set [secondary laser (3') / optical fiber (9)] forming an analysis channel.
16. Machine selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif d'acquisition (8), par exemple du type caméra hyperspectrale, apte à recueillir et à enregistrer simultanément toutes les informations spatiales et spectrales relatives aux signaux de détection générés par l'ensemble des faisceaux laser secondaires (3'), ce soit directement au niveau de la zone d'analyse (4), soit au niveau des sorties des fibres optiques (9) affectées aux différentes entrées (6') du dispositif de collection (6).  16. Machine according to any one of claims 9 to 15, characterized in that it comprises an acquisition device (8), for example of the hyperspectral camera type, capable of simultaneously collecting and recording all the spatial and spectral information. relating to the detection signals generated by the set of secondary laser beams (3 '), either directly at the analysis zone (4) or at the outputs of the optical fibers (9) assigned to the different inputs ( 6 ') of the collection device (6).
17. Machine selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisée en ce que la zone d'analyse (4) correspond à une zone de chute libre des objets, articles ou morceaux de ces derniers (1).  17. Machine according to any one of claims 9 to 16, characterized in that the analysis zone (4) corresponds to a free fall zone objects, articles or pieces thereof (1).
18. Machine selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisée en ce que le flux laser originel (3) est un flux puisé, avec une fréquence de pulsation adaptée à la vitesse de défilement et/ou à la taille minimale des objets, articles ou morceaux de ces derniers (1) à analyser et en ce que la puissance de chacun des faisceaux lasers secondaires (3'), obtenus par exemple par division dichotomique du flux originel (3), est suffisante pour réaliser une ablation de matière avec génération de plasma au niveau de chaque point d'impact (4') d'un faisceau secondaire (3') objet, article ou morceau (1). 18. Machine according to any one of claims 9 to 17, characterized in that the original laser flux (3) is a pulsed flow, with a frequency of pulsation adapted to the speed of scrolling and / or the minimum size of the objects. , articles or pieces thereof (1) to be analyzed and in that the power of each of the secondary laser beams (3 '), obtained for example by dichotomous division of the original flux (3), is sufficient to perform ablation of material with plasma generation at each point of impact (4 ') of a secondary beam (3') object, article or piece (1).
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